Alkalmazott szilárdtestfizika

A Fizipedia wikiből
A lap korábbi változatát látod, amilyen Halbritt (vitalap | szerkesztései) 2016. február 18., 21:43-kor történt szerkesztése után volt.


Tárgy adatai

  • Tárgyfelelős: Dr. Csonka Szabolcs, egyetemi docens
  • Oktatók: Dr. Halbritter András egyetemi tanár és Dr. Csonka Szabolcs egyetemi docens
  • Kód: BMETE11AF11
  • Követelmény: 2/0/0/V/2
  • Besorolás: fizika BSC alkalmazott fizika szakirányon kötelező tárgy
  • Nyelv: magyar
  • Félévközi számonkérések: -
  • A félév végi osztályzat kialakítása szóbeli vizsga alapján történik.
  • Konzultációk: egyéni egyeztetés alapján

Az előadások fóliái (2015)

(jelszó az előadóktól kérhető)

Vizsgatematika (2015)

A vizsgán mindenki egy tételt húz az alábbi tételek közül, melyet részletesen kell ismertetni. Ezen kívül számos más tétellel kapcsolatban felteszünk gyorsan megválaszolható kérdéseket. A felkészülésnél kérjük, hogy mindenki elsősorban az anyag megértésére helyezze hangsúlyt, és mindenki gondolja végig, hogy az egyes témaköröknek mik a legfontosabb üzenetei. Azon hallgatók, akik az előadások legalább 70%-át végighallgatták a vizsgára hozhatnak magukkal egy A4-es lap méretű (kétoldalas) saját kézírással készített "puskát", mely felhasználható a készüléshez. (A vizsga közben, pl. a villámkérdéseknél ez a segédanyag már nem használható!) Az újrafelhasználás elkerülése végett a vizsga után beszedjük a segédanyagot.

Nanoszerkezetek előállítási és vizsgálati technikái, karakterisztikus méretskálák

Moore törvénye, az elektronikai eszközök méretcsökkenése. Elektronmikroszkópok, elektronsugár litográfia, kétdimenziós elektrongáz GaAlAs heteroszerkezetekben. Pásztázó alagútmikroszkóp és atomerő mikroszkóp. Karakterisztikus méretskálák: momentumrelaxációs szabadúthossz, fáziskoherencia-hossz, spindiffúziós hossz.

Mezoszkopikus transzport I.

Ideális nanovezetékek ellenállása, Landauer-formula, vezetőképesség-kvantálás.

Mezoszkopikus transzport II.

Termoelektromos jelenségek, hol termelődik a hő?

Mezoszkopikus transzport III.

Koherens és inkoherens transzport, négypont-ellenállás, ellenállások koherens és inkoherens sorba kapcsolása, környezet miatti koherencia-vesztés.

Makroszkopikus transzport I.

Nemegyensúlyi eloszlásfüggvény, Boltzmann-egyenlet, relaxációs idő közelítés. Boltzmann-egyenlet megoldása homogén hőmérsékletgradiens, illetve homogén elektromos tér esetén.

Makroszkopikus transzport II.

Egyenáramú vezetőképesség számolása a Boltzmann-egyenlet alapján. Üres és teli sáv vezetése, izotróp rendszer vezetőképessége. Termoelektromos jelenségek. Fémek ellenállásának hőmérsékletfüggése.

Szupravezetés I.

Szupravezetés jelensége, szupravezető elemek és anyagok, Meissner-effektus, tökéletes diamágnesség, kísérlet szupravezető gyűrűvel, London-egyenletek.

Szupravezetés II.

Tiltott sáv, Ginzburg-Landau-elmélet, SN határátmenet, Mágneses tér behatolása, fluxuskvantálás, vortexek, első- és másodfajú szupravezetők.

Szupravezetés III.

Josephson-effektus, Cooper párok, szupravezető alkalamazások.

Félvezetők I.

Félvezetők alaptulajdonságai, sávszerkezet, termikusan gerjesztett töltéshordozók, kémiai potenciál, töltéshordozó koncentráció véges hőmérsékleten.

Félvezetők II.

Adalékolt félvezetők, donor és akceptor állapotok, hőmérséklet függő viselkedés

Félvezetők III.

Félvezető elektronikai eszközök: Schotky-gát és dióda, p-n átmenet, Zener-dióda, Esaki-dióda, bipoláris tranzisztor, CMOS, MOSFET, Flash memória, HEMT

Félvezetők IV.

Félvezető eszközök gyártási lépései, litográfia, rétegnövesztési módszerek, band-engineering, kétdimenziós elektrongáz, félvezető optikai eszközök: lézerek, világító dióda, napelem. Blue-LED.

Mágnesség I.

Atomok mágneses momentuma: impulzusmomentum, Hund-szabályok, eredetük, Landé g-faktor, Curie-szuszceptibilitás, antiferromágnesség.

Mágnesség II.

Mágneses modellek. Kicserélődési kölcsönhatás típusai. Heisenberg-modell, átlagtér-közelítés, magnonok. Mágnesezési görbék, anizotrópia. Mágnesség sávmodellje, Slater-Pauling-görbe. Mágnesezettség mérése.

IRODALOM

  • Az általános szilárdtestfizika témájú előadások mélyebb megértéséhez Sólyom Jenő A modern szilárdtestfizika alapjai c. könyvének második kötetét ajánljuk.
  • A nanofizika témájú előadásokhoz (mezoszkopikus transzport, félvezető nanoszerkezetek, spintronika) elektronikus oktatási anyagok találhatók a nanofizika tudásbázisban

Az előadások fóliái (2014)

(jelszó az előadóktól kérhető)

Vizsgatematika (2014)

Karakterisztikus méretskálák, nanoszerkezetek előállítási és vizsgálati technikái

Moore törvénye, az elektronikai eszközök méretcsökkenése. Elektronmikroszkópok, elektronsugár litográfia, kétdimenziós elektrongáz GaAlAs heteroszerkezetekben. Pásztázó alagútmikroszkóp és atomerő mikroszkóp. Karakterisztikus méretskálák: momentumrelaxációs szabadúthossz, fáziskoherencia-hossz, spindiffúziós hossz.

Mezoszkopikus transzport I.

Ideális nanovezetékek ellenállása, Landauer-formula, vezetőképesség-kvantálás.

Mezoszkopikus transzport II.

Termoelektromos jelenségek, zajjelenségek.

Mezoszkopikus transzport III.

Koherens transzport, Aharonov-Bohm-effektus, fázisvesztés, környezet miatti koherencia-vesztés.

Mezoszkopikus transzport IV.

Négypont ellenállás nanovezetékekben, ellenállások koherens és inkoherens soros kapcsolása, nemegyensúlyi eloszlásfüggvény, ballisztikus vezeték ellenállása.

Makroszkopikus transzport I.

Boltzmann-egyenlet, relaxációs idő közelítés. Boltzmann-egyenlet megoldása homogén hőmérsékletgradiens, illetve homogén elektromos tér esetén.

Makroszkopikus transzport II.

Egyenáramú vezetőképesség számolása a Boltzmann-egyenlet alapján. Üres és teli sáv vezetése, izotróp rendszer vezetőképessége. Termoelektromos jelenségek. Fémek ellenállásának hőmérsékletfüggése.

Félvezetők I.

Félvezetők alaptulajdonságai, sávszerkezet, termikusan gerjesztett töltéshordozók, kémiai potenciál, töltéshordozó koncentráció véges hőmérsékleten.

Félvezetők II.

Adalékolt félvezetők, donor és akceptor állapotok, hőmérséklet függő viselkedés

Félvezetők III.

Félvezető elektronikai eszközök: Schotky-gát és dióda, p-n átmenet, Zener-dióda, Esaki-dióda, bipoláris tranzisztor, CMOS, MOSFET, Flash memória, egy-elektron tranzisztor, egy-elektron pumpa

Félvezetők IV.

Félvezető eszközök gyártási lépései, litográfia, rétegnövesztési módszerek, band-engineering, kétdimenziós elektrongáz, félvezető optikai eszközök: lézerek, világító dióda, napelem.

Szupravezetés I.

Szupravezetés jelensége, szupravezető elemek és anyagok, Meissner-effektus, tökéletes diamágnesség, kísérlet szupravezető gyűrűvel, London-egyenletek.

Szupravezetés II.

Tiltott sáv, Ginzburg-Landau-elmélet, SN határátmenet, Mágneses tér behatolása, fluxuskvantálás, vortexek, első- és másodfajú szupravezetők.

Szupravezetés III.

Josephson-effektus. A BCS elmélet alapjai. Szupravezető alkalmazások.

Mágnesség I.

Atomok mágneses momentuma: impulzus momentum, Hund szabályok, Landé g-faktor, Curie szuszceptibilitás. Kicserélődési kölcsönhatás.

Mágnesség II.

Ferromágnesség/Antiferromágnesség: Weiss-tér, Curie-Weiss szuszeptibilitás, mágneses anizotrópia, Pályamomentum befagyás 3d fémeknél.

Mágnesség III.

Mágneses modellek: Heisenberg-modell, Direkt-kicserélődés, Kinetikus-kicserélődés, Kolosszális mágneses ellenállás, Mágnesség-sáv modelljei: Pauli-szuszceptibilitás, Stoner-modell, Merev sáv modell, Félfémek

Mágnesség IV.

Mágnesség mérési módszerei, Spintronika: spin polarizáció, spin injektálás, spin diffúziós hossz, GMR effektus, spin szelep, MRAM, spin transfer torque

IRODALOM

  • Az általános szilárdtestfizika témájú előadások mélyebb megértéséhez Sólyom Jenő A modern szilárdtestfizika alapjai c. könyvének második kötetét ajánljuk.
  • A nanofizika témájú előadásokhoz (mezoszkopikus transzport, félvezető nanoszerkezetek, spintronika) elektronikus oktatási anyagok találhatók a nanofizika tudásbázisban
A lap eredeti címe: „https://fizipedia.bme.hu/index.php?title=Alkalmazott_szilárdtestfizika&oldid=18244”